几十年来，叶轮、叶片、泵和外壳等部件的制造一直采用劳动密集型、失蜡熔模铸造工艺，需要12个单独的步骤。这种具有挑战性、昂贵且耗时的工艺需要额外的步骤和工具来创建可溶或陶瓷芯，形成复杂的内部端口、通道、通道和挡板。
然而，制造商现在使用创新的3D打印技术来生产具有集成内芯的单片陶瓷外壳模具，这些模具到达铸造厂“准备浇注”。这些模具设计用于铸造单个大型部件，例如叶轮，或者可以使用一些次要的附加步骤来创建多个较小的部件。
与传统的熔模铸造相比，3D打印技术可以将制造部件的成本降低50%以上，并将新部件或修改部件的交货时间缩短十倍。零件越复杂，成本和交货时间的减少就越大。
“在一个集成的、单片的、即浇即用的模具中接收外壳和核心的优势是显著的。使用新的3D打印技术，我们可以创建一些非常复杂的内部零件几何形状，我们可能无法用传统工艺创建。有些几何形状太复杂，无法用传统模具或任何其他方法制作，”Signicast和OptiMIM总裁马克·里克尔梅(Marc Riquelme)说。
Signicast是一家位于威斯康星州哈特福德的商业投资铸件供应商。Signicast的设施遍布北美和欧洲，服务于流体技术、国防、航空航天、医疗、火器、电动工具、采矿和油田等行业。OptiMIM是一家复杂精密零件的金属注射成型制造商。
复杂内部几何的核心问题
熔模铸造的挑战不是创造外部外壳，而是制造内部核心，这对功能至关重要，而且可能非常复杂。在传统的熔模铸造中，需要复杂内腔配置的部件通常使用可溶性蜡或陶瓷芯。
大多数应用使用可溶性蜡芯。为了制造核心，将可溶性蜡注入金属模具中，形成内部通道的几何形状。然后将核心从模具中弹出并冷却。可溶的芯被精确地放置在整个组件的金属模腔内。在设计过程中，可溶芯在模具内的位置由纳入模具的支撑点保持。然后关闭模具，将图案蜡注入可溶芯周围的腔中。一旦图案蜡冷却，零件就会从模具中弹出，并插入温和的盐酸溶液中溶解可溶的核心。
当通道特别复杂时，可以使用预成型的陶瓷芯代替。与可溶型芯一样，陶瓷型芯必须小心地放置在外壳的模具内。然而，直到金属被铸造后，它们才被移除。
虽然可溶性蜡芯是有效的，但它们增加了工艺成本，并产生了大量的废料。浸泡在盐酸中也会增加交货时间和成本。即使使用陶瓷芯，也不能保证高产量，因为当蜡融化时，芯会滑倒或移出位置。
现成的陶瓷模具
尽管Signicast仍然在典型铸件中使用芯，但该公司现在从亚特兰大的DDM系统公司获得了用于复杂应用的即浇陶瓷壳模具。然后，Signicast使用传统的熔模铸造方法浇注外壳。
DDM的数字铸造技术可以生产复杂工程部件的精密熔模，而无需预先投资硬模具，无需图案，只需使用具有集成内芯的3d打印陶瓷外壳模具。
第一步是采用铸造的CAD模型来设计和3D打印具有集成核心的陶瓷外壳模具，使用称为LAMP(大面积无掩膜光聚合)的工艺。这项技术涉及到一种用紫外光固化的陶瓷树脂，一层一层地制造外壳模具。在LAMP中，3D“打印机头”将紫外线下的图像投射到树脂上，使其固化成与外壳切片相对应的图案。
由此产生的陶瓷结构可以达到精铸级芯和模具所期望的高细节水平。一旦陶瓷外壳被打印出来，它们必须经过一个热加工步骤，使用成熟的陶瓷烧制技术。DDM拥有与陶瓷配方和烧制有关的商业秘密。
DDM Systems的创始人兼首席执行官Suman Das表示，LAMP通过消除传统熔模铸造壳体通常需要的12个熔模铸造步骤中的前7个步骤，显著降低了成本。这七个步骤占所有废料的90%，根据零件的复杂程度，大约占生产熔模铸件总制造成本的三分之一或更多。这并没有考虑消除额外的工艺步骤和工具要求来制造可溶性或陶瓷芯，这只会增加惊人的成本和较长的交货时间。
通过他们的方法，DDM可以在短短10天内设计、打印、发射和交付带有集成核心的单片外壳。印刷陶瓷外壳与所有空气熔炼铸造工艺兼容，可生产钢，铝和镍合金的流体处理部件。
Das说:“由于数字铸造工艺可以生产带有集成芯的打印和烧制外壳，无需任何工具，只需两步即可浇注，因此铸件的总体交货时间可以比传统方法节省五分之一或更少。”
集成的单片陶瓷外壳可用于铸造单个大型物品，例如10英寸。直径叶轮，或多个较小的零件使用稍微修改，混合熔模铸造方法。对于多个部件，即将浇注的打印和烧制的外壳连接到蜡浇口并涂在浆液中，以提供额外的陶瓷层，覆盖蜡浇口和外壳。当它干燥时，它创造了一个连续的陶瓷体，非常适合熔模铸造。
当传统方法不理想时，这种方法也可以经济有效地简化快速原型的熔模铸造。通过减少大量的成本和交货时间，制造商可以铸造一系列的设计变体来进行鉴定和“彩虹轮”测试，以优化各种零件的设计。
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